耐熱変位センサーの開発と分散性弾性波の逆解析による高温環境劣化割れのメカニズム

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455340
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 竹本 幹男 青山学院大学, 理工学部, 教授 (40082838)
• Keywords: 耐熱変位センサー / キャパシティブセンサー / コニカルセンサー / 波動減衰 / 速度分散 / 溶融金属割れ / 原波形解析 / 溶融塩化物割れ

Research Abstract

溶融塩や低融点金属などによる金属の高温環境劣化割れのメカニズムの解明を目的として、微弱な面外変位を計測できる新しい耐熱アコースティックエミッション(AE)センサーを試作するとともに、媒体の速度分散や減衰を考慮した定量的AE原波形解析を行なった。すなわち、絶縁アルミナをキャパシタンスとする静電容量型センサーとLiNbO_3素子を用いるコニカル型センサー(アメリカNBSタイプ)を試作し、高温媒体の音響特性を計測すると共に、都市ゴミ発電プラントを模擬した混合塩化物による600Cでのオーステナイトステンレス鋼の損傷を世界に先駆けてモニターした。破壊のダイナミックスは、仮定した破壊モードと速度に対し、グリーン関数と応答遅れ関数を畳み込み積分し、波動減衰の補正項をかけることによって面外変位を計算し、計測面外変位と比較する前進法によって求めるコンピュータアルゴリズムを構築した。その結果、引張り応力が作用している条件では、粒界に沿う極めて高速な破壊(最高速度40m/s)が関与していること、この破壊は溶融塩によるgrain boundary cohesion(粒界凝集力の低下)によって誘起されることを明らかにした。オーステナイト系ステンレス鋼は、溶融亜鉛や溶融銀ろうでも脆性的な破壊を受けるが、この現象でも劈開型、専断型の高速破壊によるAEが頻繁に検出され、1-2結晶粒オーダーの高速破壊が関与していることを明らかにした。また、後半では、取扱いの容易なLiNbO_3素子を用いた面外変位計測型の耐熱コニカルセンサーを開発し、600Cまでの面外変位の直接計測に成功した。しかし、音源位置評定用に開発した小型耐熱センサーは、感度が十分でなく今後改良する必要があることが判った。高温でのAE計測システムを構築するという、初年度の目的はほぼ90%達成できた。

Research Products

• [Publications] 林健太郎、鈴木裕晶、竹本幹男、: "溶融塩化物腐食中における引張り残留応力をもつSUS304鋼の粒界脆性破壊、" 機材と環境. 46-1. 30-36 (1997)
• [Publications] K.Hayashi,H.Suzuki and M.Takemoto20GB02:Monitoring of Out-of-plane displace-ment of Hot Medium and Mechanism of Fused Silver Solder Cracking Estimated by Quantitative Acoustic Emission Source Wave Analysis.: Jpn. J.Appy. Phys.,. 35. 3109-3166 (1996)
• [Publications] K.Hayashi and M.Takemoto: "Source Characterization of AE Signals During the Molten Chloride Attack of Stressed AIS1304 Steel." Progress in Acoustic Emission.VIII. 76-81 (1996)
• [Publications] K.Hayashi and M.Takemoto: "The Mechanism of High Temperature Environmentally Assisted Cracking by the Forward Processing of Dissipative Elatic Waves," Corrosion Engineering. 45-1. 1-14 (1996)